Consiste en la fusión (unión) de núcleos atómicos de masa pequeña que forman núcleos más pesados, con el desprendimiento de una gran cantidad de energía. El proceso de fusión más habitual en el universo es el responsable de la emisión de energía de las estrellas, en el cual se forman átomos pesados (carbono, hidrógeno u oxígeno) a partir de átomos ligeros (hidrógeno y helio). Desde hace algunas décadas nuestra tecnología es capaz de provocar artificialmente un proceso de fusión nuclear, aunque de forma incontrolada; es la conocida bomba de hidrógeno. La utilización de la energía de fusión de forma controlada se encuentra actualmente en fase experimental.